Espacialização de dados de clima do Estado de São Paulo utilizando o SPRING e o SURFER 8

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1 Espacialização de dados de clima do Estado de São Paulo utilizando o SPRING e o SURFER 8 Amarindo Fausto Soares Embrapa Informática Agropecuária, Campinas São Paulo - Brasil fausto@cnptia.embrapa.br Resumo O estudo da variabilidade espacial de dados ambientais, tem mostrado resultados satisfatórios, na compreensão de fenômenos atmosféricos decorrente do crescimento populacional e a desordenada intervenção humana no ambiente. Uma das variáveis ambientais mais afetadas nesse processo é o clima e seus componentes que envolvendo e interagindo diretamente com os recursos naturais contribui para sua degradação. O crescimento industrial no mundo tem provocado um incremento na emissão CO 2 (Dióxido de Carbono), CFC (Cloro-Fluor-Carbono) e outros gases na atmosfera, alterando e intensificando negativamente o Efeito Estufa no nosso planeta com conseqüente aumento da temperatura. As alterações climáticas, se agravam a cada ano com extremos de temperatura, longos períodos de estiagem e fortes chuvas provocando grandes catástrofes como podemos observar diariamente. Esse fato tem desafiado pesquisadores e ambientalistas a controlar e/ou reverter a situação. O estudo do clima, seus componentes e sua variabilidade espaço-temporal tem despertado grande interesse por se tratar de um componente ambiental suas bruscas e intensas variações tem provocado inúmeros transtornos e prejuízos a todos os setores da atividade humana. O estado de São Paulo é uma das regiões mais desenvolvidas do Brasil, interferindo intensiva no meio ambiente. Seu grande território industrial e agrícola contribuem para desencadear tal processo, razão pela qual é alimentada por uma imensa rede de estações meteorológicas executando o monitoramento do clima voltado para a agricultura, fornecendo uma infinidade de dados automatizados. Em vista disso, foi implementado o Sistema de Monitoramento Agrometeorológico Agritempo (Embrapa Informática Agropecuária, 2004), atualmente operando a nível nacional. O presente trabalho constitui-se um segmento desse sistema e tem por objetivo mostrar a utilidade da espacialização de dados de clima com técnicas de geoprocessamento envolvendo Sistemas de Informação Geográfica-SIG, utilizando o Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas SPRING, desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Espaciais INPE e o Surfer8, desenvolvido pela Golden Software Inc. (2003). Palavras chave: Espacialização, clima, geoprocessamento, SIG 1. Introdução A atividade climática mundial tem variado bastante e ultimamente está se alterando intensamente, tornando-se cada vez mais extrema, provocando verdadeiras catástrofes, aumentando as estatísticas de desastres ambientais e morte dessa natureza, como também causando grandes prejuízos financeiros nos diversos ramos de atividade. Durante o verão as temperaturas tornam-se elevadas e insuportáveis, amenizadas por chuvas intensas formando verdadeiras tempestades que nos centros urbanos, devido o aumento de áreas impermeáveis, existe uma dificuldade de infiltração, aliadas a um sistema de drenagem despreparado para situações extremas, provocando verdadeiros alagamentos. Na zona rural a situação é mais crítica, os incêndios florestais assumem níveis de calamidade publica, as fortes

2 chuvas provocam a elevação do nível dos rios transbordando suas margens inundando plantações, sem falar das áreas montanhosas com ocorrência de deslizamentos. No inverno as baixas temperaturas provocam excesso de neve e em regiões tropicais a geada provoca prejuízos incalculáveis na agricultura. É um processo implacável atingindo espaço-temporalmente todo ambiente global. O desenvolvimento dos centros urbanos, aumento populacional, produção industrial, emissão de poluentes são alguns dos desencadeadores do processo de degradação ambiental que agem constantemente na atmosfera provocando seu desequilíbrio e decretando sua falência. Como podemos notar o equilíbrio ecológico foi quebrado o clima e seus componentes entraram em processo de mudança. Esses fatos tem desafiado grupo de cientistas, pesquisadores, organizações governamentais e não governamentais e a população de um modo geral na busca de uma maneira na tentativa de reverter o processo. Para isso precisamos entender como estão se comportando esses agentes climáticos diante da situação. Todos os dados armazenados estão sendo estudados e manipulados simulando as possíveis situações que possam surgir. A tecnologia orbital, através das agências espacias, tem lançado no espaço equipamentos de monitoramento da superfície do planeta com o objetivo de analisar as mudanças através de um outro ângulo de visão, como também de alertar a população para possíveis desastres ajudando a minimizar suas conseqüências. Por outro lado, a informatização dos processos propiciou a criação do geoprocessamento, tecnologia que utiliza sistemas de informação, capaz de recuperar e manipular variáveis ambientais de maneira tal que uma grande quantidade de dados históricos podem ser tratados nos chamados Sistemas de Informação Geográfica SIG. Os SIGs são ferramentas destinadas ao tratamento de dados através da conversão do seu formato objetivando sua manipulação em sistemas computadorizados. Segundo Soares (2001), é cada vez maior a utilização dessas ferramentas na otimização de diversas atividades ligadas ao monitoramento ambiental, exigindo do usuário investimentos em equipamentos de tecnologia de ponta, reciclagem de conhecimentos, alteração de rotinas de trabalho, visando encarar esse novo paradigma. O objetivo principal do referido trabalho e demonstrar os procedimentos envolvendo 02 (dois) SIGs na espacialização de dados de clima do Estado de São Paulo pertencentes ao Sistema de Monitoramento Agroclimatico Agritempo. 2. Materiais e Métodos Foram utilizados os seguintes sistemas: Surfer 8, desenvolvido por Golden Software, Inc., é um programa gráfico baseado em grade X,Y,Z que incorpora uma grade irregular convertendo em grade regular. Ele importa também outras fontes de dados importantes auxiliando o Departamento de Geologia dos Estados Unidos USGS. Confecciona representações tridimensionais de seus produtos como uma de suas principais funcionalidades. Dessa forma as de grades são utilizadas para produzir diferentes tipos de produtos incluindo contornos, vetores, mapas de superfície, imagens de relevo sombreado, possuindo um grande número de opções disponíveis para produzir mapas de alta qualidade; Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas SPRING, desenvolvido pelo INPE (2004b), é um SIG no estado-da-arte com funções de processamento de imagens, análise espacial, modelagem numérica de terreno e consulta a bancos de dados espaciais. Basicamente, executa as mesmas tarefas do Surfer, porém, com performances diferentes; Agritempo - Sistema de Monitoramento Agrometeorológico, desenvolvido pela Embrapa Informática Agropecuária (2004), em parceria com o Centro de Pesquisa na Agricultura CEPAGRI, da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP, permite aos usuários o

3 acesso, via Internet, às informações meteorológicas e agrometeorológicas de diversos municípios e estados brasileiros. Além de informar a situação climática atual, o sistema alimenta a Rede Nacional de Agrometeorologia (RNA) do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) com informações básicas que orientam o zoneamento agrícola brasileiro. Permite ainda a atualização de cadastro de estações e dados climáticos diários (temperaturas máxima e mínima, e precipitação), criação de boletins agrometeorológicos e visualização de mapas que são gerados dinamicamente no momento da execução dos boletins. Foram utilizados dados de temperaturas máxima e mínima, e precipitação de aproximadamente 110 estações meteorológicas de uma semana em pleno verão, outono, inverno e primavera do ano Foi utilizada uma base cartográfica do estado de São Paulo, para espacializações dos referidos dados, extraída de uma base de dados contida na página do INPE (2004a). 3. Resultados e Discussões Na figura 1 temos o mapa do estado de São Paulo apresentando as estações meteorológicas em pontos vermelho no mapa. Nas espacializações feitas no SPRING (figuras 2, 3 e 4), foram geradas grades utilizando o interpolador determinístico média ponderada contidos no módulo Modelagem Numérica de Terreno MNT. Esse interpolador utiliza o valor de cota de cada ponto da grade que é calculado a partir da média ponderada das cotas dos 8 vizinhos mais próximos a este ponto, porém atribuindo-se pesos variados para cada ponto amostrado através de uma função que considera a distância do ponto cotado ao ponto da grade INPE (2004c). Após a geração de grades é gerada uma imagem, da variável espacializada, composta de uma grade de células contendo no seu interior números digitais com tonalidades variando do 0 (preto) ao 255 (cinza) de maneira tal que a cada número assumido pela variável em qualquer ponto da superfície é atribuído um tom de cinza que pode assumir até 256 valores. Pode-se notar que a figura 4 apresenta-se escurecida em relação as outras duas anteriores demonstrando haver um baixo índice de chuvas no inverno com maior concentração de valores da variável chegando próximo a 0 (zero), por outro lado, as imagens contidas nas figuras 2 e 3, com valores de temperatura máxima e mínima apresentaram-se mais claras em virtude da maior população de seus valores estarem distribuídos em faixas mais distantes de 0.

4 Figura 1: Mapa do estado de São Paulo mostrando as estações meteorológicas em pontos vermelhos. Temperatura Máxima 0 C Figura 2: Espacialização de dados de temperatura máxima no inverno do ano 2000 feita no SPRING. Temperatura Mínima 0 C Figura 3: Espacialização de dados de temperatura mínima no inverno do ano 2000 feita no SPRING.

5 Chuva mm Figura 4: Espacialização de dados de chuva no inverno do ano 2000 feita no SPRING. Dentro do módulo MNT existe uma rotina que visa fatiar os valores da variável espacializada em intervalos regulares ou irregulares, com o objetivo de enquadrá-la de acordo com os níveis de exigência do produto que se está trabalhando. Foi executado um fatiamento (Figura 5) de várias faixas de temperatura máxima do ano Essa ferramenta serve para determinar as faixas favoráveis e desfavoráveis de clima, e/ou seus parâmetros, para as mais variadas plantas. Figura 5: Fatiamento de dados de temperatura máxima no inverno do ano 2000 feita no SPRING.

6 O SURFER opera de maneira diferente, porém com uma melhor qualidade de seus produtos através da geração ou importação de grades ou da importação de mapas de outras fontes, possuindo um elenco muito grande de formato de arquivos compatíveis. Possui operacionalidades semelhantes com melhores resultados finais. Após a visualização do dado espacializado, você tem diversas opções de alteração no visual desde mudança de cor até o angulo de visão em perspectiva ou ortogonal. Nas figuras 5, 6 e 7, foram feitas espacializações dos mesmos dados do exemplo anterior visualizados nas figuras 2, 3 e 4. Foram convertidas tabelas em arquivos.dat que por sua vez foram transformados em.grd através da aplicação de interpolador kriging para que fossem visualizadas no módulo Map. O SURFER executou também uma espacialização tridimensional (Figura 9) com os mesmos dados apresentando melhores resultados do que o SPRING. Figura 6: Espacialização de dados de temperatura máxima no inverno do ano 2000 feita no SURFER

7 Figura 7: Espacialização de dados de temperatura mínima no inverno do ano 2000 feita no SURF Figura 8: Espacialização de dados de chuva no inverno do ano 2000 feita no SURFER

8 Figura 9: Espacialização tridimensional de dados de temperatura média no inverno de 2000 executada no SURFER 4. Conclusões A utilização de técnicas de geoprocessamento, no tratamento de dados ambientais permite que o usuário manipule grandes quantidades de dados de modo a extrair o máximo de informações, até então imperceptíveis, permitindo a interação dessas variáveis através de sobreposição, obtendo um melhor resultado em sua pesquisas. Essas técnicas permitiram um grande avanço em pesquisas na área ambiental, como também a modernização das atividades agrícolas, aliadas a tecnologia orbital com os sistemas de posicionamento global, desenvolvendo um novo paradigma denominado agricultura de precisão. Em vista disso existe uma grande quantidade de dados sendo produzidas nessas atividades, razão pela qual foram desenvolvidos sistemas, denominados SIGs que são ferramentas aptas a tratar essa infinidade de dados. O SURFER tem como uma de suas principais funcionalidades a espacialização tridimensional de variáveis com opção de sobreposição de plano de informações, mostrando-se ideal para o cruzamento de dados topográficos com variáveis de clima. O SPRING é um conjunto de funcionalidades, necessitando da criação de um banco de dados georreferenciado. Esse banco de dados pode possuir diversos projetos diferenciados pelas suas coordenadas. Opera com modelo de dados cadastrais, temáticos, imagem, numérico de terrenos, possuindo também um modulo de análise espacial capaz de elaborar análise geoestatisticas. Sua principal vantagem é ser de domínio público, demonstrando uma tendência de liberação da informação ao público em geral. 5. Referências EMBRAPA INFORMÁTICA AGROPECUÁRIA. Agritempo - sistema de monitoramento agrometeorológico. [Campinas]: Embrapa Informática Agropecuária: Cepagri/Unicamp, Disponível em: < Acesso em: 10 jan GOLDEN SOFTWARE INC. Surfer version Golden, CO, 2003.

9 INPE. SPRING - dados mapas: mapas de municípios 1997 do BRASIL por Estado - arquivo de polígonos/identificadores e tabela. Disponível em: < Acesso em: 10 jan. 2004a. INPE. SPRING - sistema de processamento de informações georeferenciadas: release 4.0. Disponível em: < Acesso em: 10 jan. 2004b. INPE. SPRING: utilizando o SPRING. Disponível em: < Acesso em: 29 fev. 2004c. SOARES, A. F. Sistema de informações geográficas SIG/SPRING para modelagem e espacialização de dados de fertilidade do solo. Campinas: Embrapa Informática Agropecuária, p. (Embrapa Informática Agropecuária. Comunicado Técnico, 20). Disponível em: < Acesso em: 30 mar